Способ получения многокомпонентного ионного пучка и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 990 3 27/00 С 5 ИЗОБРЕ НИ СА ВИДЕТЕЛЬСТВ АВТО дна частэнеря к фокуиуь ГОСУДАРСТНЕННЬ Й НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ГННТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 1222131, кл. Н 0 Л 27/02, 1982.Авторское свидетельство СССР Р 1457709, кл, Н 0 .Т 27/00, 1987, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ИОННОГО ПУЧКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУГЛГСТВЗТЕНИЯ(57) Изобретение относится к ускорительной технике, а именно к способам и устройствам, используемым в ра цнонной физике твердого тела, в ности, для имитации реакторных по вреждешпт ионными пучками конструкционных материалов, а также для ионной имплантации, Целью изобретения является увеличение количества компонентоввнонного пучка заданной гии и сортаУстройство соцержнт источник ионов металла, систему дл получения многокомпонентного пуч а ионов таза, представляющую собой ряд самостоятельных источников ионов газа, фокусирующую линзу систему совмещения ионных пучков, систему .сировки смешанного пучка, ускор тельную трубку с испытьваемым образцом, раФещенным в баке высокого дав" ления, Система совмещения выполненав виде поворотного магнита, снабжена выходной щелью и расположена в ваку 1 ной камере, Разрядная камера с эмис 2сионной щелью источника ионов металла установлена в межполюсном зазоре магнита системы совмещения, местоположение разрядной камеры определе" ыо расчетными радиусами и углами поворота пучков требуемого сорта ионов в поле магнита, система получения многокомпонентного пучка ионов газа размещена вне системы совмещения. Выходная щель установлена на ионнооптической оси ускорительной трубки в месте, где совмещены оптические иэображения эмиссионных щелей источника ионов металла и системы получения многокомпонентного пучка ионов газа, В каждый из модулей-источников газовых ионов напускается газ. При этом напуск газов ведется в порядке убывания цх атомных весов по мере удаления от магнитного сепаратора. На модули подаются разности потенциалов. При этом отношение разностей потенциалов соответствует отношению атомных весов однозарядных ионов напускаемых газов. В каждом из модулей зажигается дуга, плазма которой состоит в основном из ионов йапускаемого в каждый модуль газа. Вследствие этого на выходе системы для получения многокомпонентного пучка ионов газа получается пучок ионов,состоящий иэ нескольких компонент,импульсы которых таковы, что они имеют одинаковые радиусы поворотов в камере магнитного сепаратора, 2 с,п," ф-лы. 2 ил.Изобретение относится .к ускорительной технике, а именно к,способами устройствам, используемым в радиационной физике твеРдого тела, н частности, для имитации реакторных повреждений ионными пучками конструкционных материалов, а также для ноннойимплантации.Целью изобретения является увели Очение количества компонент лонногопучка эадапно нергии и сорга.На фиг. изображена схема устройства для получения многокомпонентного ионного пучка; на фиг,2 - система для получения днухкомпонентногопучка ионов газа,Устройство содержит источникионов металла, систему 2 для получения многокомпонентногр пучка ионовгаза, выполненную по модульному принципуу В которой каждый модуль яВляется самостоятельным ионным источником, фокусирующую линзу 3, систему 4совмещения осей инжекции, систему 5 25фокусировки смешанного пучка, ускорительную трубку б с испытываемымобразцом /, размещенные н баке 8 высок го давления. Система 4 совмещения выполнена н виде поворотного магнита, снабжена выходной щелью 9 идрасположена в вакуумной камере 10,Разрядная камера 11 с эмиссионнойщелью 12 источников 1 ионов металлаустановлена в межполюсном зазоре магнита на окружности в точке О аугол ориентации инжекции пучка ионовметалла образует с линией среза полюса магнита уголГ-и( 4029К;где Ы = -агспК -9радиус Окружности ионов Е расстояние от оптических изображений эмиссионных целей источников металла и газов до места пересечения ионнооптической оси ускорительной трубки с плоскостью, проходящей через срез системыисточников параллельно сре 50 зу магнита,Система 2 для получения многокомпонентного пучка ионов соединена с камерой 10 ионопронодом 13, система 5 расположена внутри конопровода 14.55 Система для получения многокомпонентного пучка ионов газа выполнена по модульному принципу. Еаждьп 1 модуль является самостоятельным ионным источником, состоящим иэ камеры (анода) 15, катода (или поджигающего электрода) 16, секцибнной катушки 17 для создания магнитного полн, изолятора 18, корпуса 19, в котором имеется отверстие 20 для напуска газа, Аноды имеют форму геометрических фигур, например цилиндров с конусами 21, образующими совместно с выходными от" верстиями 22 пирсону или аналогичную еи оптику, Электропитание системы осуществляется от высоковольтных источников 3, 24 питания, как показано на фиг,2, В этом случае ионный источник (модуль), генерирующий ионынщс наименьшим - (щ - масса ионаОЧ - разряд иона), должен иметь высокий потенциал, Поэтому он расположен последним в рассматриваемой последовательности источников, Его потенциал 1 выражается как суммарньп потенциал источников электропитания:где 1 ч 1 в разность пстенциалон между клеммами ,:-го источника электропктэни,На.модули (фкг,2) подают разности потенциалов Ч, ч Чот источников 23, 24, Отнопение разностей потенциалов соответствует Отношению атомныхвесов щ, и щ однозаряцньтх ионов напускаемых газон.а именно/. щщУстройство работает следующим образом.В источник ионов, являющийся модулем системы для получения многокомпонентного ионного пучка, наиболее удаленньп 1 от магнита, через отверстие 20 напускают газ, имеющий минимальное отношение массы к заряду иона, затем подают нсе потенциалы, создающие электрические и магнитные поля, необходимые для получения плазмы в разрядной камере 15, после чего создают разрядность потенциалов между камерой 15 и ионопроводом 13. Включают питание электромагнита и увеличивают магнитное поле до получения максимальной неличины силы тока пучка ионов на детекторе (не похазан), расположенном на оси ионопровада после щели 9. Затеи разность потенциа-,1589900 лов, задаваемую источником 23 питания уменьшают до тех пор, пока силатока пучка. станет равной йулю, После этого аналогичным образом включают модуль, разность потенциалов кото 5рого задается источником 24 питания,В этот модуль напускают газ с большим отношением - . До получения10максимальной величины силы тока ион-ного пучка на детекторе, расположенном после щели 9 уЬеличивают разность потенциалов между модулями источника 23 питания до первоначальнойвеличины и измеряют силу тока двукомпонентного ионного пучка. Аналогичным образом ввоДят в работу остальные модули, если система для получения многокомпонентного ионногопучка содержит их более двух,Пример конкретного выполнения устройства представлен для спаренногоионного источника, генерирующего пучок ионов Не + Н, Устройство содер. 35 с эмиссионной щелью источника ионов металла установлена в межполюсном зазоре магнита. Система для получе 40 ния двухкомпонентного пучка ионов газа, соединенная с камерой ионопроводом, содержит в каждом модуле камеру (анод),катод, секционную катушку для создания магнитного поля,45 корпус, в котором имеется отверстие для напуска газа. Источники (модули) разделены изоляторами. Питание системы произВОдится От двух Высоковольтф ных источников, Для Однозарядных иоШнов отношение - составляет 4 дляЧНе и 2 для молекулярных ионов Н ,+ 4" Сг зф - 22,8 рА.Таким образом, устройство позволяет получать многокомпонентные ион ные пучки, управляемые по сорту частиц и силе тока каждой из компонент В строго контролируемых услОВиях е Формула изобретения 1, Способ получения кногокомпонел ,тного ионного пучка, включак 1 щий напуск газа, подачу рабочих напряжений на электроды источников ионов, вытягивание ионных пучков и транспортировку с одновременным совмещением пущ жит источник ионов металла, систему для получения двухкомпонентного пучка ионов газа, состоящую из двух источников, выполненных по модульному принципу, фокусирующую линзу, систе-: му совмещения осей инжекции, систему.Фокусировки смешанного лучка, ускорительную трубку с испытываемым образцом, размещенные в баке высокого .давления, Система совмещения выполнека в виде поворотного магнита, сна . бжена выходной щелью и расположенав вакуумной камере, Разрядная камера Следовательно, в разрядную камеру .модуля, запитанного от источника 23, .напускали водород (Н), так как онлегче, чем гелий (Не), и создаваливодородную плазму, Затем источниками питания создавали разность потенциалов между модулем и ионопроьодом Величиной 50 кВ. После этого магнитное полеэлектромагнита увеличивали до2 10 Э. При .этом сила тока пучкаионов водорода увеличивается до мак-;симальной величины, равной 5 рА(из-меренной после электромагнита). Затем источником питания, соединеннымФс. камерой, в которой находится Н ,разность потенциала уменьшали, покасила тока пучка ионов Нне станови"ласв равной нулю. При этом Разностьпотенциалов уменьшается на 0,25 кВПосле этого в следующий модуль напускали гелий и создавали плазму.Устанавливали вторым источником пи=тания разность потенциалов, равную25 кВ. При этом сила тока пучка ио"нов Неф на детекторе, расположенномпосле электромагнита 4, увеличива"лась до максимальной величины, равной 7,2 рА, Увеличив Разность потенциалов источником питания до25 кВ, получали двухкомпонентный ионный пучок, состоящий из ионов.Не и Н +, силу тока которого измеряли детектором, расположенным посл -;электромагнита, Уменьшив разностьпотенциалов, вторым источником питания на 0,25 кВ (при этом сила токапучков ионов Неф + НУменьшаласьдо нуля) на детекгор Выводили пучокионов Сг, генерируемьй источникомионов металла. Затем разность потей .циалов Вторым источником питанияувеличивали до 25 кВ и измеряли сидутока ионного пучка. В итоге получальтрехкомпонентньпЪ пучок ионов с силой тока, равной 35А. Прн этомсилы токов соответствующих ионныхкомпонент составили:Н - 5 р А, Не - 7,2 рА, 1 Й 9900ков в камере поворотного магнита, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения количества компонент конного пучка газ в источники на15 пускают в порядке убывания отношения массы к заряду иона газа, считая от источника, ближайшего к йоворотному магниту, а разность электрических пОтенциалов между камерой поворотного магнита и и-ионным источником обеспечивают в той же последовательности в соответствии с соотношением, ш ше-фь- еф 15где Ч - разность потенциалов междукамерой поворотного магнитаи п м источником-;" отношение массы к зарядуиона, генерируемого в и-иионном источнике. 2. Устройство для получения много- компонентного ионного пучка, содер". жащее источник ионов металла, источник ионов газа, систему совмещения траектории ионных пучков, выполнен ных в виде поворотного Магнита, систему транспортировки пучков и. камеру транспортировки пучков,о т л ич а ю щ е е с я тем что, с целью увеличения количества, компонент ионного пучка, устройство содержит по меньшей мере два источника ионов га" за, установленных последовательно . вдоль общей продольной оси симметрии, разделенных между собой изолятррами, при этом каждый иэ источников соединен с системой на 11 уска сбответствующего, газа и подключен и высбковольтному источнику питания а разрядные камеры источников образуют общий пролетный ионнопровод.1589900 ирняк едактор Н.Кол Тираж Нодписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-Э 5, Раушская наб., д, 4/5 твенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10 Произ Заказ 1978НИИПИ Го Составитель Техред И,Ди Шергинк Корректор